元宇宙視域下公共圖書館數字化發展研究

摘要：[目的]探索元宇宙視域下近年來公共圖書館數字化發展態勢，并預測其未來發展趨勢，促進公共圖書館數字化發展。[方法]采集2015年至2021年中國知網元宇宙技術在公共圖書館領域研究的文獻數量，對其進行灰色關聯度分析并探究其發展態勢，利用灰色預測模型對未來兩年發展趨勢進行預測。[結果]灰色預測模型結果顯示：未來兩年人工智能技術的發文量分別占總數的35%和37%，位于元宇宙技術前列，云計算與擴展現實技術占比大于平均水平，區塊鏈以及數字孿生技術的發文量占比小于5%，其他技術小于平均水平但大于5%。[結論]研究表明，元宇宙技術的共同作用促進了公共圖書館的數字化發展，人工智能加強與區塊鏈、虛擬現實技術間的融合，擴展現實與云計算穩固發展，而對5G與數字孿生技術需加強創新研究，以期為公共圖書館的數字化發展提供新思路。

關鍵詞：公共圖書館；數字化發展；元宇宙；灰色預測模型；灰色關聯分析

中圖分類號：G258.2文獻標識碼：A文章編號：1003-1588（2023）06-0050-05

1背景

2022年5月22日，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《關于推進實施國家文化數字化戰略的意見》，提出統籌推進國家文化大數據體系、全國智慧圖書館體系和公共文化云建設，增強公共文化數字內容的供給能力，提升公共文化服務數字化水平。2021年3月5號國家出臺的《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》也指出要加快數字化發展，營造良好數字生態。由此，文章借助灰色預測模型對公共圖書館數字化發展進行預測，總結發展態勢，為公共圖書館研究者提供研究方向，為政府企業文化發展提供有效建議，同時增強公共圖書館服務的舒適性，提高全民文化素養，促進我國文化事業的發展。

2文獻綜述

2.1元宇宙在圖書館領域研究現狀

圖書館作為信息傳遞的媒介，在不斷進行變革以順應數字化時代和社會的需求。對于元宇宙技術在圖書館領域的融合發展，趙星提到圖書館可以以數字藏品為內容創新開端，以打造圖書館元宇宙為空間創新目標，實現數字資產、知識內容和交流空間的關系再塑，開拓生物人、數智人、機器人并行知識交流的場景[1]。儲節旺通過對元宇宙及其底層技術、元宇宙應用于圖書館的理論邏輯進行探討，指出元宇宙為圖書館提供了新的機遇[2]。同時，吳江等學者指出在元宇宙時代，圖書館的智慧與服務一體化將推進人類通過知識學習認知并改造世界，邁向更高級的文明[3]。

2.2元宇宙與公共圖書館數字化

當前，以數字孿生、人工智能、虛擬現實、區塊鏈等為核心的新一代信息技術層出不窮，催生了公共圖書館服務向數字化、智能化、智慧化轉型的新模式，在技術演進和用戶需求的雙重驅動下，元宇宙集成和融合了全部的數字技術、數據中心和智能算力，為公共圖書館的創新發展注入了新動力[4]。

綜上，元宇宙不僅是一種技術，更是3D互聯網時代未來圖書館建設與發展的一種新思想、新模式與新方法。因此，筆者選取這七大元宇宙技術，系統、全面地對公共圖書館的數字化情況進行分析。

3研究數據及研究方法

3.1數據來源

本研究對2015—2021年間元宇宙視域下公共圖書館數字化發展的相關研究成果進行統計，采集2015—2021年中國知網以及Web of Science收錄的“公共圖書館”有關“元宇宙技術”的文獻數量[5]。根據杭州時戳信息科技有限公司分析總結的元宇宙核心技術，筆者對元宇宙的七大技術進行研究。

在Web of Science進行檢索，設置TS=（national library OR national library OR provincial libraries OR municipal libraries OR county library OR city library OR church libraries OR primary and secondary school libraries OR music libraries OR youth libraries OR hospital library OR prison library OR reference libraries OR library for the blind OR army Team Library OR Public Library ），再依次用“AND”添加元宇宙技術：‘cloud computing‘artificial intelligence‘virtual reality‘digital twin‘block chain‘5G‘XR。同樣，示范檢索人工智能的表達式：（TS=（national library OR national library OR provincial libraries OR municipal libraries OR county library OR city library OR church libraries OR primary and secondary school libraries OR music libraries OR youth libraries OR hospital library OR prison library OR reference libraries OR library for the blind OR army Team Library OR Public Library ）） AND TS=（artificial intelligence）獲得表1數據。

3.2灰色關聯分析

3.2.1確定分析數列（顯示各式標記）。①比較數列（又稱子序列，子指標），即影響行為系統的因素組成的數據序列。將2015—2021年每項元宇宙技術在公共圖書館領域的發文量數據作為比較數列xi。

xi={xi（k）|k=1，2，…，n}=（xi（1），xi（2），…，xi（n））

其中xi（k）表示第k年，第i項技術在公共圖書館領域的發文量。i=1，2，…，m。②參考數列（又稱母序列，母指標），即反應系統行為特征的數列矩陣。將每年云宇宙七大技術在公共圖書館領域發文量總和作為參考數列，用公式（1）進行計算：

x0 （k）=∑mi=1xi （k），i=1，2，…，m（1）

獲得參考數列x0，x0={x0 （k） |k=1，2，…，n}=x0 （1），x0 （2），…，x0 （n）

其中x0 （k）表示第k年所發表的云宇宙技術在公共圖書館領域的發文量總量，k= i=1，2，…，n，x0表示參考數列，xi表示比較數列第i列，i=1，2，…，m。

3.2.2對變量進行預處理。①去量綱。去量綱處理可以將數據標準化，先取2015—2021年每項元宇宙技術中發文量的均值x0（k）/m作為參考指標，將每年每項技術的相關發文量xi（k）除以各自的參考指標，用公式（2）進行計算：

xi（k）′=mxi（k）/x0（k），i=1，2，…，m（2）

即可獲得新的數列樣本xi（k）′。②計算絕對差值。用每年每項技術中的相關發文量xi（k）′減去對應參考數列中的元素x0（k），并取絕對值，獲得新矩陣xi（k）″

xi（k）″=| xi（k）′-| x0（k）′- x0（k）′|，i=m

再求各列的最小和最大差值，用公式（3）（4）進行計算：

minimink|xi（k）″-x0 （k）|，i=1，2，…，m（3）

maximaxk|xi（k）″-x0（k）|，i=1，2，…，m（4）

則可獲得灰色關聯系數公式（5）：

ξi（k）=minimink|xi（k）″-x0（k）|+ρmaximaxk|xi（k）″-x0（k）||xi（k）″-x0（k）|+ρmaximaxk|xi（k）″-x0（k）| （5）

3.3構建灰色預測模型進行元宇宙技術在公共圖書館領域的未來發文量預測

3.3.1發文數據級比檢驗。依據第k年某項技術的發文量建立時間序列x（0），k=1，2，…，n

x（0）=（x（0）（1），x（0）（2），…x（0）（n））

①求級比。將第（k-1）年該技術的發文量除以第k年該技術的發文量得到級比公式（6）如下：

λ（k）=x（0）（k-1）x（0）（k）（6）

②級比判斷。將所求的λ（k）進行級比判斷，若λ（k）∈（e-2（n+1），e2（n+1），故可以用x（0）作滿意的GM（1，1）模型。

3.3.2GM（1，1）建模。①進行數據累加。為弱化x（0）的隨機性，現對每年該技術的相關發文量x（0）（n）與前年的發文量x（0）（n-1）進行一次累加，獲得x（1）=x（0）（1），x（1）（2），… ，x（1）（n）），其中

x（1）（k）=∑k（i=1）x（0）（i），k=1，2，… ，n

②建立模型。設x（0）=（x（0）（1），x（0）（2），…，x（0）（n））為原始數列，并以其為數據建立GM（1，1）模型，定義x（1）的灰導數，用公式（7）進行計算

d（k）=x（0）（k）=x（1）（k）-x（1）（k-1）（7）

令z（1）（k）為數列x（1）的相鄰生成數列，即公式（8）

z（1）（k）=0.5x（1）（k）+0.5x（1）（k-1）（8）

定義GM（1，1）的灰微分方程模型，即公式（9）：

d（k）+az（1）（k）=b（9）

其中，a為發展系數，z（1）（k）為白化背景值，b為作用量值。

3.3.3模型檢驗。①殘差檢驗。用公式（15）計算相對殘差

ε（k）=x0（k）-x︿ 0（k）x0（k） ，k=1，2，…，7 ?（10）

若滿足ε（k）<0.2，則可認為達到一般要求。②用公式（16）進行級比偏差檢驗

ρ（k）=1-1-0.5a1+0.5aλ（k），k=1，2，…，7 （11）

若發現滿足ρ（k）<0.2，認為達到一般要求。若能完成所有檢驗，則可認為該模型精度較高，可進行預測和預報。③計算原始數列x0的方差S1和殘差ε的方差S2進行精度檢驗，公式（12）（13）如下：

S1=1n∑nk=1x0（k）-x-）2（12）

S2=1n∑nk=1（ε（k）-s-）2（13）

通過計算C=S1S2判斷精度是否合格。

4結果分析

4.1灰色關聯度結果分析

將元宇宙技術的國內外發文總數以及國內外發文量數據分別進行灰色關聯度分析，獲得表2所示關聯度。將七大技術作為發展因素，劃分為三個等級，關聯度系數大于0.7的為重要因素，關聯度在0.5～0.7的為比較重要因素，其余的為不重要因素。

4.1.1國內外綜合分析。由表2第二列數據可知，七大元宇宙技術中除5G技術的其余六項技術的關聯度系數都大于0.7，根據因素劃分可劃分為重要因素，對公共圖書館數字化發展起到推動作用。虛擬現實技術（0.9009）對公共圖書館數字化發展的影響最大。虛擬現實技術在軟硬件方面為圖書館提供服務，為用戶提供沉浸式體驗[6]。其次為擴展現實（0.8622）、人工智能技術（0.8518）、數字孿生技術（0.8212）、云計算技術（0.7694）、區塊鏈技術（0.7489）、5G（0.5327）。綜合來看，筆者所研究的七大元宇宙技術的灰色關聯度都在0.5以上，說明是元宇宙技術的共同作用促進了近年來公共圖書館數字化的發展。

4.1.2國內外比較分析。經過國內外各項技術的關聯度對比可發現，我國人工智能以及5G技術的灰色關聯度高于國外，說明國內人工智能和5G技術在公共圖書館領域的成果數量相較國外對公共圖書館數字化進程的推動作用較大。結合發文量進行分析，歷年來國內人工智能技術在圖書館領域的發文量皆小于國外，但有較高的關聯度，說明國內對于人工智能技術的研究投入大于國外。5G技術也同樣在國內相較其他元宇宙技術受到更高的關注[7]。相反，國外的研究學者相較國內學者將更多的目光聚焦在云計算、虛擬現實、擴展現實、區塊鏈、數字孿生技術上。因此，這些技術在國外對于公共圖書館的數字化發展起到較大作用。

4.2灰色預測模型結果分析

將各項技術未來兩年的灰預測結果按照發文量由高到低整理為表3，并進行結果闡述。

4.2.1人工智能。人工智能在未來兩年的發文量達到172和216篇，在七大元宇宙技術中位列榜首，在發文總數的占比由35%提升到37%，此值表明人工智能技術未來兩年在公共圖書館領域的發文量在所有元宇宙技術中最多且所占發文總數的比例有小幅度上升。未來公共圖書館管理和研究人員對于人工智能技術的研究投入相較其他元宇宙技術較多，而所收獲的研究成果量也是最豐碩的。究其原因，早在19世紀70年代到80年代，人工智能技術就開始了在圖書館的應用，主要集中在信息檢索和編目等方面的初期探索，目前人工智能技術在圖書館的應用集中在機器人應用服務、專家系統咨詢編目、模式識別和機器學習信息檢索、語義識別等方面的研究和應用[8]。

4.2.2云計算。云計算的概念首次在2006年8月的搜索引擎會議上被提出，成為互聯網的第三次革命，2009年以后云計算服務平臺、操作系統的陸續問世，進一步推動了云計算在各領域的應用及創新，也引起了學者對該研究的關注，研究成果達到相對較高的年增長量。目前，在圖書館領域，云計算技術也經歷了較長的發展時間，有學者對云計算在圖書館領域應用研究成果的分析結果顯示，2009年到2012年是云計算發展的成長期，2012年至 2017年進入了穩定期。通過所采集的數據以及預測數據，不難發現在2015年至2021年，云計算技術經過了穩定期，目前進入平穩緩慢下降期，因而未來兩年的發文量將呈下降趨勢。

4.2.3擴展現實。擴展現實技術在公共圖書館領域的發文量在2022年為73篇，2023年為91篇，跨度為18篇，占比保持在15%，略大于平均占比值，說明擴展現實技術在元宇宙視域下為圖書館數字化發展提供的研究成果也是較為可觀的，在推動公共圖書館數字化發展過程中也發揮了一定的價值。擴展現實技術作為元宇宙的重要入口，在發展過程中面臨機遇與挑戰，對其挑戰，相關學者表明擴展現實技術應加大底層核心零部件降本量產的創新研發支持、打破系統軟件和開發工具的技術成果轉化壁壘、夯實網絡新基建、增強內容生產能力等，這對未來擴展現實技術在公共圖書館領域的應用將有所啟迪。

4.2.45G。5G技術作為元宇宙技術中的網絡傳輸技術，在公共圖書館數字化歷程中促使核心資源進一步從內容、渠道轉變為數據，并將通過融合多種服務應用場景實現“數據”價值的轉化。通過觀察表1可以發現，5G技術在公共圖書館領域的應用明顯是從2019年開始的，發文量逐步提升。2019年6月6日，工業和信息化部向我國四大運營商發放 5G 商用牌照，標志著我國正式進入5G商用元年。2020至2021年，5G技術開始投入研究，獲得了少量的研究成果[9]。圖書館的管理研究者需加強公共圖書館5G技術應用的研究，并將其付諸實踐，真正用于公共圖書館，造福百姓，通過5G技術拉近讀者與信息的距離。

4.2.5虛擬現實。目前，虛擬現實技術已被廣泛應用于智慧城市及校園等各個服務領域，利用虛擬現實技術構建虛擬應用場景已成為公共圖書館優化服務效能的重要方式之一。因此，虛擬現實技術在公共圖書館的應用已相對成熟，近年來都是針對圖書館數字化、智慧化發展進行探討研究，為了促進該技術在公共圖書館數字化發展過程中的良好推動，相關學者研究表明圖書館所應用的虛擬現實技術主要從軟硬件兩個方面出發，對其優點進行深入挖掘，對其缺點進行改良，從而不斷與公共圖書館進行融合。

4.2.6區塊鏈。將區塊鏈技術運用于公共圖書館，可以對數字閱讀資源管理加以完善，提供便利，即可借助區塊鏈分布式網絡精細化采集數字閱讀資源，通過區塊鏈一致性協議提高數字閱讀資源加工效率，利用區塊鏈超級賬本模型增強數字閱讀資源存儲性能，依托區塊鏈非對稱加密技術打造數字閱讀資源管理防火墻[10]。為了加強區塊鏈技術對公共圖書館的拓展研究，元宇宙各項技術間應相互融合，如：區塊鏈技術與人工智能技術的融合，能有效解決智能合約存在的安全性、易用性、可靠性等問題，解決區塊鏈上信息量冗余的問題，強化區塊鏈的延展性，提高系統效率。

4.2.7數字孿生。數字孿生技術在諸多元宇宙技術中對公共圖書館的數字化發展所取得的研究成果是最少的，占比在未來兩年始終為2%。結合2015年至2021年的發文數據看，數字孿生技術在近年來國內公共圖書館領域的發文量始終接近零的狀態，在2021年實現第一次零的突破，由此可以看出數字孿生技術在我國公共圖書館領域的缺失。

5結語

本研究將灰色關聯度分析以及灰色預測模型分析方法運用到公共圖書館數字化發展預測，在模型分析中，通過關聯度法分析所選取的七大元宇宙技術，結果表明所研究的七大技術對公共圖書館數字化發展都起到積極的推動作用。筆者對未來公共圖書館數字化研究提出以下三點建議：一是各地政府、企業、公共圖書館需繼續積極發展元宇宙的各項技術，加強技術融合，保持人工智能、云計算、擴展現實、虛擬現實技術的現有發展優勢，保持其先進性，為民眾提供更為舒適便捷的閱讀服務。二是相關部門應對其他領域也給予高度重視，在5G、區塊鏈技術的創新發展上加大研究力度，完善各地公共圖書館可提供的現代技術服務，提高全民文化素養，充實文化內涵。對相較薄弱的數字孿生技術，相關部門應加大資金投入力度，培養人才，抓住機遇，敢于創新。三是不要局限于各級政府，企業、高校也要關注元宇宙發展趨勢，結合現有技術，全面服務各類人群。

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[10]樓白宇.基于區塊鏈技術的公共圖書館數字閱讀資源管理策略研究[J].圖書館工作與研究，2022（6）：63-68，85.

（編校：崔萌）

收稿日期：2023-05-07

作者簡介：梁浩然（1981—），佛山市順德圖書館館員。